JP4087274B2 - Ｘ線厚さ測定装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、Ｘ線厚さ測定装置に係わり、特に漏洩線量を制御できる手段を備えて管理区域、漏洩線量の変更を容易に設定できるようにしたＸ線厚さ測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
鋼板の圧延工程では、圧延され金属シートに放射線を照射してその放射線の透過量から厚さを測定する放射線厚さ測定装置が使用されている。放射線厚さ測定装置には、ガンマ線源等の放射線同位元素を使用したガンマ線厚さ測定装置や、Ｘ線源を使用したＸ線厚さ測定装置があるが、照射エネルギーを制御できるＸ線厚さ測定装置は、特に高精度で応答速度を要求されるプロセスにおいて使用されている。
【０００３】
これらの放射線厚さ測定装置における作業者の放射線防護管理は、国際放射線防護委員会（ＩＣＲＰ）の勧告にしたがって進められ、各国の監督官庁によって放射線防護基準が定められている。最新のＩＣＲＰ勧告としては、１９９０年に発行されたICRP Pub60があり、これに伴い日本国内法令の改定がなされ、２００１年４月より施工されている。
【０００４】
Ｘ線厚さ測定装置の使用者に対しては、放射線障害防止法の対象ではないが、労働基準法、電離放射線障害防止規則第４６条によって、Ｘ線作業主任者の選任と、Ｘ線源の照射中は装置周囲に立ち入りが出来ない管理区域を設けることが義務付けられている。
【０００５】
Ｘ線厚さ測定装置の測定原理は、照射Ｘ線が物質を通過すると、物質内での散乱、吸収によって透過Ｘ線が減衰することを利用している。物質を透過後の透過Ｘ線の強度Ｉは、物質の厚みｔの関数になることが知られている。即ち、Ｉ＝Ｉ０・ｅ- μｔ ・・・ （１）
の関係が成立する。したがって、両辺の対数をとって次式より被測定対象物の厚さが求められる。
【０００６】
ｔ＝１／μ・（ｌｏｇＩ０−ｌｏｇＩ） ・・・ （２）
ここで、吸収係数μは物質固有の値であるので、照射Ｘ線の強度Ｉ０と物質を透過する透過Ｘ線の強度Ｉを測定することにより物質の厚さｔを（２）式から演算によって求めることが出来る。
【０００７】
以下、図８を参照して、従来のＸ線厚さ測定装置について説明する。
【０００８】
このＸ線厚さ測定装置は、被測定対象物１０２のＸ線透過量を検出する検出部１０１と、検出された検出信号から被測定対象物１０２の厚さｔを演算により求める制御部１１０とから構成される。
【０００９】
検出部１０１は、被測定対象物１０２を挟み、Ｃ型フレーム２００の腕の一方の下部に配置されＸ線を照射するＸ線源１０３と、他方の上部に配置され、透過したＸ線を検出する検出器１０６と、検出器１０６の信号を増幅する前置増幅器１０７及び校正時に使用される基準板設定部１０５とから構成される。
【００１０】
また、制御部１１０は、検出器１０７からの検出信号から被測定対象物１０２の厚さｔを求める演算部１１１と、校正時に基準板設定部１０５を駆動する基準板駆動部１１２及びＸ線源１０３から照射する照射Ｘ線１０４の強度を安定化し、制御するＸ線制御部１１３とから構成される。
【００１１】
このようなＸ線厚さ測定装置は、被測定対象物１０２の厚さｔを測定する測定モードと厚さｔの測定精度を校正するモードがあり、演算部１１１はこの測定モードの設定と、測定モードによって図示しない演算部１１１に内蔵するプログラムにしたがって、検出部１０１及び制御部１１０の各部を制御している。
【００１２】
Ｘ線厚さ測定装置として使用される場合には、図９に示すようなＸ線の散乱強度分布図（以後漏洩分布図と言う）を作成し、この装置が設置される現場において、管理区域を設定する。
【００１３】
例えば、図９において、同図（ａ）は検出部１０１の平面図、同図（Ｂ）は正面図で、照射Ｘ線１０４の照射センターＰｅを中心として、被測定対象物１０２を透過した透過Ｘ線１０４ｔの散乱Ｘ線による漏洩分布を示したものである。同図の破線１０４ｄは、Ｘ線源１０３が最大出力時の漏洩分布図を図示したものである。
【００１４】
破線１０４ｄは、管理すべき所定の漏洩Ｘ線の強度が同一となる空間位置を示し、３次元ｘ、ｙ、ｚ方向に対して表示される。
【００１５】
このＸ線厚さ測定装置を鉄鋼の圧延ライン等に設置して、圧延される被測定対象物１０２の厚さｔを測定する応用例が多数知られている。例えば、冷間圧延ラインにおける圧延機の間に設置される場合の例がある（例えば、特許文献１参照。）。
【００１６】
このような小空間に設置される場合にも、Ｘ線厚さ測定装置を使用する場合には漏洩分布を測定し、法令に基づく管理区域を設定し、Ｘ線の照射中は作業者が管理区域内に立ち入らないようにしておく必要がある。また、このような小空間において、粉塵や熱等が有る悪環境におかれる場合の信頼性向上の技術も知られている（例えば、特許文献２参照。）。
【００１７】
【特許文献１】
特公昭６３−５２９６４号公報
【００１８】
【特許文献２】
実公平４−２９３６５号公報
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
近年、設備の統廃合などの機会が増え、Ｘ線厚さ測定装置の移設の要求が増えている。この場合、使用中のＸ線厚さ測定装置も移設される設置場所において、防護基準を満たす必要がある。さらに、防護基準の改定があれば、この改定された防護基準を満たす管理区域を設定し直す必要がある。
【００２０】
従来は、こうした移設や防護基準の変更があると、移設場所において防護壁を追加したり、防護基準に対応できる様に管理区域を大きく変更したりする必要があった。
【００２１】
このように、Ｘ線厚さ測定装置の設置後に、設置場所の設備の変更、被測定対象物の測定範囲の変更等が発生した場合、管理区域の設定を変更する必要が発生し、防護壁の追加や、管理区域の大きさの変更が発生する。
【００２２】
しかしながら、従来の測定装置は、このような設置条件の変更があった場合、法令に適合する防護基準を満足する設備の変更を容易に行えるものが知られていなかった。
【００２３】
本発明は上記問題点を解決するためになされたもので、被測定対象物の変更、装置の設置場所の変更、さらには、防護基準の変更等があった場合においても、防護壁の増設や、管理区域の変更を容易に行うことが可能なＸ線厚さ測定装置を提供することを目的とする。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明のＸ線厚さ測定装置は、被測定対象物を挟んで離間して対向配置され、前記被測定対象物にＸ線を照射する照射口を備えるＸ線源と、前記被測定対象物を透過した透過Ｘ線を検出する検出器と、前記Ｘ線源と前記検出器との間にあって、厚さ校正時の厚さ基準となる基準板を設定する基準板設定部とを備える検出部と、前記Ｘ線源のＸ線管の管電圧を制御する定電圧回路と、前記Ｘ線源のＸ線管の管電流を制御する定電流回路とを備えるＸ線制御部と、前記厚さ基準板を設定位置に駆動する基準板駆動部と、前記検出器の出力信号から前記被測定対象物の厚さを演算する演算部と、前記照射口から照射された前記Ｘ線が前記検出部の周囲に散乱する散乱Ｘ線の漏洩線量を制御する管電流設定部とを備える制御部とから成り、前記管電流設定部は、前記管電流と前記Ｘ線源の照射口を原点とする漏洩分布とを、予め対応付けした管電流設定テーブルを備えるメモリと、前記照射口を原点とする所定の漏洩線量となる位置を管理区域として設定する入力部と、前記入力部で設定された前記位置に基づき、前記管電流設定テーブルを参照して、対応する前記管電流を求め、求めた該管電流の値を前記Ｘ線制御部に設定する管電流演算回路とから成り、前記管理区域の変更があった場合、前記管電流を制御することで所定の前記漏洩線量となるようにしたことを特徴とする。
【００２５】
したがって、本発明によれば、管電流設定手段により容易に漏洩Ｘ線を制御、設定できるので、Ｘ線厚さ測定装置の設置場所の変更や、防護基準の変更等が合った場合においても、防護壁の増設や、管理区域の変更が容易に行えるＸ線厚さ測定装置を提供することができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による実施の形態について図１乃至図７を参照して説明する。図１は、本は本発明のＸ線厚さ測定装置に係わる実施の形態の構成を示すブロック図である。
【００２７】
同図において、Ｘ線厚さ測定装置は、被測定対象物２からの透過Ｘ線を検出する検出部１と検出された透過Ｘ線の検出信号から被測定対象物２の厚さｔを演算する制御部１０とから構成される。
【００２８】
検出部１は、被測定対象物２を挟み、Ｃ型フレーム１００の腕の一方の下部に配置され、Ｘ線を照射するＸ線源３と、他方の上部に配置され、Ｘ線源３からの照射Ｘ線４が被測定対象物２を透過したＸ線を検出する検出器６と、検出器６によって検出された透過Ｘ線の信号を増幅する前置増幅器７及び校正時に厚さ基準となる基準板を照射Ｘ線４の光路上に設定する基準板設定部５とから構成される。
【００２９】
また、制御部１０は、前置増幅器７の検出信号から被測定対象物２の厚さｔを求める演算部１１と、校正時に基準板設定部５を駆動する基準板駆動部１２と、詳細を後述するＸ線源３から照射される照射Ｘ線強度が一定になるようにＸ線管の管電圧と管電流を安定化するＸ線制御部１３及び照射Ｘ線４からの散乱Ｘ線によってこの検出部１の周囲に漏洩される散乱Ｘ線を制御するための詳細を後述する管電流設定部１４とから構成される。
【００３０】
通常、Ｘ線厚さ測定装置は、少なくとも２種類の運転モードを備えている。一つは、被測定対象物２の厚さを測定する測定モード、もう一つはＸ線厚さ測定装置の厚さ測定精度を校正する校正モードである。校正モードは、被測定対象物２が存在しないアイドル時間を使用して行われる。
【００３１】
この装置は、透過Ｘ線を直接計測する測定であるので、高精度の厚さ計測のためには、照射Ｘ線４及び検出部１の各構成要素の温度ドリフトを抑える必要があるので、精度を維持するための校正は頻繁に且つ短時間のインターバルで行われる。
【００３２】
これらの制御は、演算部１１内に内蔵される図示しない演算ＣＰＵとこの装置の制御プログラムによって、検出部１及び制御部１０の上述した校正要素各部を制御して行われる。
【００３３】
次に、Ｘ線厚さ測定装置の照射Ｘ線４の設定と散乱Ｘ線の漏洩分布の制御について、例えば、鉄鋼圧延ラインにおける鋼材の厚さ測定に使用される場合について説明する。図２は照射Ｘ線４を設定制御する構成を示す。
【００３４】
同図において、Ｘ線源３は、Ｘ線管球３ａと照射口４ａにおいて照射Ｘ線４のビーム径を決めるコリメータ３ｂ及びこれらを固定配置するケース３ｃとから構成される。このＸ線管３ａの陽極３ａ１には、定電圧回路１３ｂから所定の管電圧ｅが高圧ケーブルを介して印加され、またカソード３ａ２には、定電流回路１３ａから所定の定電流ｉが印加されるように接続されている。
【００３５】
また、この定電流回路１３ａと、定電圧回路１３ｂには演算部１１が接続され、被測定対象物２の厚さｔの測定範囲により、所定の管電圧ｅ、管電流ｉが予め設定される。さらに、定電流回路１３ａには、管電流設定部１４が接続され、検出部１周囲の所定の位置における散乱Ｘ線の量を制御するように設定される。
【００３６】
次に、この照射Ｘ線４の設定について説明する。被測定対象物２の厚さｔと材質が決まると、所定の透過Ｘ線の強度が得られるようなＸ線源３からの照射Ｘ線４の強度とビーム径が設定される。
【００３７】
Ｘ線強度Ｉxは、一般的にＸ線管３ａに印加される管電圧ｅと管電流ｉによって決まり、下記の関係式が知られている。ここでｋは比定数とする。
【００３８】
Ｉｘ＝ｋ・ｉ・ｅ２ ・・・ （３）
例えば、被測定対象物２が１０ｍｍ程度以下の鋼板である場合、所定の検出信号を得るためにＸ線管３ａとしては、定格管電圧が１００ｋｖ、定格管電流が２ｍＡ程度のものが選択される。
【００３９】
このＸ線管３ａから照射される連続Ｘ線のエネルギー分布特性と波長分布特性の例を、夫々図３と図４に示す。図３、図４においてＥ１、Ｅ２、Ｅ３は夫々管電圧ｅが、６０ｋｖ、８０ｋｖ、１００ｋｖの時の特性を示し、図３に示す様に管電圧Ｅを大きくすると電離する光量子(Photon)数も増し、総エネルギーも増える。また、波長分布特性は、管電圧が高くなると短波長成分が増える。
【００４０】
このような連続Ｘ線強度Ｉｘの特性から、図５に示す様に、所定の検出信号が得られるように、被測定対象物２の厚さ測定範囲によってＸ線管３ａの管電圧ｅを変え、透過Ｘ線が減少する被測定対象物２の厚さｔの厚いほうでは、管電圧を高く設定して使用される。
【００４１】
照射Ｘ線４のＸ線強度Ｉｘが、所定の値に設定されると、次に、検出部１の周囲における散乱Ｘ線の漏洩分布図の作成と管電流設定テーブルの作成が行われる。この漏洩分布の測定と管電流設定テーブルの作成について図６乃至図７を参照して説明する。
【００４２】
先ず、図６を参照してＸ線厚さ測定装置の散乱Ｘ線の漏洩分布の測定について説明する。同図（ａ）はＸ線厚さ測定装置の漏洩分布の平面図、同図（ｂ）はその正面図である。
【００４３】
被測定対象物２を挟むＣ型フレーム１００の腕の下部にはＸ線源３が配置され、ここから照射される照射Ｘ線４が被測定対象物２の下部に照射され、被測定対象物２を透過した透過Ｘ線４ｔがＣフレーム上部腕部に配置された検出器６に入射する。
【００４４】
このとき、照射Ｘ線４は被測定対象物２内で吸収されると同時に、一部は散乱Ｘ線として輻射され、検出部１の周囲に分布する。このＸ線の強度分布をサーベイメータ等で測定したものが漏洩分布図である。
【００４５】
４ｄ１、４ｄ２は照射Ｘ線４の照射口４ａのＰｅ点を起点とする漏洩分布図で、同じ管電圧において、管電流ｉをｉｄ１（ｍＡ）からｉｄ２（ｍＡ）に減少変更し、所定の同一の吸収線量Ｓｍ（μＳ：マイクロシーベルト）となる位置をプロットしたものである。なお、漏洩分布測定の単位は、管理区域設定のため吸収線量（μＳ：マイクロシーベルト）としている。
【００４６】
同図に示す様に、同じ管電圧ｅにおいて管電流ｉをｉｄ１からｉｄ２減少させた場合には、その漏洩分布の形状は、ほぼ相似形に変化することを示す。
【００４７】
即ち、図３、図４で説明したように管電圧ｅを変えると、照射Ｘ線４のエネルギー分布と波長分布が変るため、散乱Ｘ線の分布形状は大きく変化するが、管電圧ｅが同じであれば、式（３）に示したように、照射Ｘ線４の強度は、管電流ｉに比例し、散乱Ｘ線の強度のみが変化する。
【００４８】
この漏洩分布図は、Ｘ線厚さ測定装置に固有の特性であるため、装置の最大管電圧、最大電流の使用範囲において予め測定し、この漏洩分布図を管電流設定テーブルとして管電流設定部１４に格納しておく。
【００４９】
次に、再び図１、図７を参照して管電流設定テーブルの作成方法について説明する。管電流設定テーブルは、管電流設定部１４で作成される。図１において、管電流設定部１４は、管電流設定値を入力する入力部１４ａ、管電流設定テーブルを記憶するメモリ１４ｂ、及び管電流設定部１４と演算部１１及びＸ線制御部１３とのインタフェースを行う管電流演算回路１４ｃとから構成される。
【００５０】
図７は、管電流設定テーブルの作成方法を説明する図である。同図において、ｘ、ｙ、ｚは図６に示したｘ、ｙ、ｚと同じく、検出部１の照射Ｘ線４の照射口４ａのＰｅ点を座標の原点とする漏洩分布を示している。
【００５１】
４ｄは、最大管電圧Ｅｍにおいて、管電流ｉｐが最大管電流Ｉｐｍ時及び最大管電流のα％とするＩｐｎ時の、夫々について所定の吸収線量となる漏洩分布を３次元空間において表示したものである。このように、制御する管電圧と管電流の範囲において、予め漏洩分布の形状を確認しておくことが望ましい。
【００５２】
このような３次元漏洩分布図を予め測定し、プロットしたデータを使用する所定の管電圧毎にメモリ１４ｂに格納しておく。このようにして作られる管電流設定テーブルは、次のように使用される。
【００５３】
同図において、このＸ線厚さ測定装置の管理区域をＰｍ点から照射口４ａのＰｅ点を結ぶ直線状にあるＰｘ点に変更する場合、Ｐｘ点において同一の吸収線量（μＳ）とするためには、管電流ｉｐをＩｐｍからＩｐｘに変更すれば良い。このときＰｘ点において所定の吸収線量（μＳ）にする管電流Ｉｐｘは、照射口４ａのＰｅ点からＰｍ点までの距離をｌｍ、照射口４ａのＰｅ点からＰｘ点までの距離をｌｘとすると、下記式で表される。
【００５４】
Ｉｐｘ＝Ｉｐｍ・（ｌｘ／ｌｍ）２ ・・・ （４）
したがって、所定の位置Ｐｘ点における吸収線量（μＳ）は、（４）式によって求めたＩｐｘに変更することによって可能となる。
【００５５】
また、Ｐｘ点での吸収線量を当初設定されていたＳｍ（μＳ）からＳｘ（μＳ）に変更する場合の管電流Ｉｐｓの設定は、
Ｉｐｘ＝Ｉｐｍ・Ｓｘ／Ｓｍ ・・・ （５）
で表されるので、所定の位置において管理する漏洩線量（μＳ）を変更する場合は、（５）式によって求めた管電流Ｉｐｘに変更することによって可能となる。
【００５６】
即ち、管理区域の変更が生じた場合にはその位置までの距離ｌｘを、管理する吸収線量（μＳ）の変更が発生した場合には、吸収線量Ｓｘを入力部１４ａで設定し、管電流演算回路１４ｃにおいて（４）式、（５）式により相当する管電流を演算によって求める。そして、この値を管電流演算回路１４ｃから定電流回路１３ａに設定することによって変更が可能となる。
【００５７】
次に、このように漏洩分布の測定と管電流設定テーブルが作成されたＸ線厚さ測定装置の動作について説明する。この装置は通常２つの運転モード、測定もードと校正モードがあることを説明したが、管電流の変更を行うための管電流設定モードを追加することが望ましい。
【００５８】
そして、管電流の変更を行う場合には、管電流設定モードを演算部１１から指令して管電流演算回路１４ｃに入力する。
【００５９】
管電流演算回路１４ｃは、設定された距離ｌｘや、吸収線量Ｓｘから管電流設定テーブルに格納された（４）式、（５）式に示す演算パラメータを抽出して、演算された管電流を定電流回路１３ａに入力する。
【００６０】
管電流設定モードの処理が完了すると、演算部１１は、校正モードの処理を行う。この処理は変更された管電流において、基準板を設定して厚さ測定の校正と、この時の検出信号に含まれる雑音成分を演算部１１で処理し、図示しない演算部１１の表示部に出力する。
【００６１】
基準板の設定は、演算部１１から基準板駆動部１２に基準板設定を指示し、基準板駆動部１２から基準板設定部５に内蔵された基準板の設定を指示し、所定の校正処理を行う。
【００６２】
以上が完了すると、演算部１１は測定モードに入る。被測定対象物２の厚さ測定範囲に基づき、照射Ｘ線４のＸ線強度Ｉ０を演算部１３からＸ線制御部１３を介して設定する。そして、被測定対象物２が検出部１に挿通されると、その透過Ｘ線Ｉが検出される。演算部１１では、この透過Ｘ線Ｉから前述した式（２）に基づく厚さ演算を行い被測対象物２の厚さを求める。
【００６３】
このように、予め漏洩分布を測定し、管電流設定テーブルを作成しておくことにより、防護基準の変更や管理区域の変更が発生した場合においても、新たな防護壁の製作や、設置される設備環境の変更を行うことなく装置の使用が可能となる。
【００６４】
また、変更後には検出信号の雑音をモニタするようにしているので，所定の測定精度で厚さ測定が可能なことを確認できる。
【００６５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、Ｘ線源の管電流を設定、制御する漏管電流設定手段を備えたので、管理区域、漏洩線量の変更を容易に設定できるＸ線厚さ測定装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態による構成を示す図。
【図２】 Ｘ線源とＸ線源を制御するＸ線制御部の構成を示す図。
【図３】 Ｘ線源のエネルギー分布の説明図。
【図４】 Ｘ線源の波長分布の説明図。
【図５】 被測定対象物の厚さによって管電圧を切替えることを説明する図。
【図６】 Ｘ線厚さ測定装置の漏洩線量分布を説明する図。
【図７】 Ｘ線源の管電流設定テーブルを説明する図。
【図８】 従来のＸ線厚さ測定装置の説明図。
【図９】 従来のＸ線厚さ測定装置の漏洩分布の説明図。
【符号の説明】
１ 検出部
２ 被測定対象物
３ Ｘ線源
３ａ Ｘ線管
３ａ１ アノード
３ａ２ カソード
４ 照射Ｘ線
４ｔ 透過Ｘ線
４ｄ、４ｄ１、４ｄ２ 漏洩分布
５ 基準板設定部
６ 検出器
７ 前置増幅器
１０ 制御部
１１ 演算部
１２ 基準板駆動部
１３ Ｘ線制御部
１３ａ 定電流回路
１３ｂ 低電圧回路
１４ 管電流設定部
１４ａ 入力部
１４ｂ メモリ
１４ｃ 管電流演算回路
１０１ 検出部
１０２ 被測定対象物
１０３ Ｘ線源
１０４ 照射Ｘ線
１０４ｔ 透過Ｘ線
１０４ｄ 漏洩分布
１０５ 基準板設定部
１０６ 検出器
１０７ 前置増幅器
１１０ 制御部
１１１ 演算部
１１２ 基準板駆動部
１１３ Ｘ線制御部
【発明の属する技術分野】
本発明は、Ｘ線厚さ測定装置に係わり、特に漏洩線量を制御できる手段を備えて管理区域、漏洩線量の変更を容易に設定できるようにしたＸ線厚さ測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
鋼板の圧延工程では、圧延され金属シートに放射線を照射してその放射線の透過量から厚さを測定する放射線厚さ測定装置が使用されている。放射線厚さ測定装置には、ガンマ線源等の放射線同位元素を使用したガンマ線厚さ測定装置や、Ｘ線源を使用したＸ線厚さ測定装置があるが、照射エネルギーを制御できるＸ線厚さ測定装置は、特に高精度で応答速度を要求されるプロセスにおいて使用されている。
【０００３】
これらの放射線厚さ測定装置における作業者の放射線防護管理は、国際放射線防護委員会（ＩＣＲＰ）の勧告にしたがって進められ、各国の監督官庁によって放射線防護基準が定められている。最新のＩＣＲＰ勧告としては、１９９０年に発行されたICRP Pub60があり、これに伴い日本国内法令の改定がなされ、２００１年４月より施工されている。
【０００４】
Ｘ線厚さ測定装置の使用者に対しては、放射線障害防止法の対象ではないが、労働基準法、電離放射線障害防止規則第４６条によって、Ｘ線作業主任者の選任と、Ｘ線源の照射中は装置周囲に立ち入りが出来ない管理区域を設けることが義務付けられている。
【０００５】
Ｘ線厚さ測定装置の測定原理は、照射Ｘ線が物質を通過すると、物質内での散乱、吸収によって透過Ｘ線が減衰することを利用している。物質を透過後の透過Ｘ線の強度Ｉは、物質の厚みｔの関数になることが知られている。即ち、Ｉ＝Ｉ０・ｅ- μｔ ・・・ （１）
の関係が成立する。したがって、両辺の対数をとって次式より被測定対象物の厚さが求められる。
【０００６】
ｔ＝１／μ・（ｌｏｇＩ０−ｌｏｇＩ） ・・・ （２）
ここで、吸収係数μは物質固有の値であるので、照射Ｘ線の強度Ｉ０と物質を透過する透過Ｘ線の強度Ｉを測定することにより物質の厚さｔを（２）式から演算によって求めることが出来る。
【０００７】
以下、図８を参照して、従来のＸ線厚さ測定装置について説明する。
【０００８】
このＸ線厚さ測定装置は、被測定対象物１０２のＸ線透過量を検出する検出部１０１と、検出された検出信号から被測定対象物１０２の厚さｔを演算により求める制御部１１０とから構成される。
【０００９】
検出部１０１は、被測定対象物１０２を挟み、Ｃ型フレーム２００の腕の一方の下部に配置されＸ線を照射するＸ線源１０３と、他方の上部に配置され、透過したＸ線を検出する検出器１０６と、検出器１０６の信号を増幅する前置増幅器１０７及び校正時に使用される基準板設定部１０５とから構成される。
【００１０】
また、制御部１１０は、検出器１０７からの検出信号から被測定対象物１０２の厚さｔを求める演算部１１１と、校正時に基準板設定部１０５を駆動する基準板駆動部１１２及びＸ線源１０３から照射する照射Ｘ線１０４の強度を安定化し、制御するＸ線制御部１１３とから構成される。
【００１１】
このようなＸ線厚さ測定装置は、被測定対象物１０２の厚さｔを測定する測定モードと厚さｔの測定精度を校正するモードがあり、演算部１１１はこの測定モードの設定と、測定モードによって図示しない演算部１１１に内蔵するプログラムにしたがって、検出部１０１及び制御部１１０の各部を制御している。
【００１２】
Ｘ線厚さ測定装置として使用される場合には、図９に示すようなＸ線の散乱強度分布図（以後漏洩分布図と言う）を作成し、この装置が設置される現場において、管理区域を設定する。
【００１３】
例えば、図９において、同図（ａ）は検出部１０１の平面図、同図（Ｂ）は正面図で、照射Ｘ線１０４の照射センターＰｅを中心として、被測定対象物１０２を透過した透過Ｘ線１０４ｔの散乱Ｘ線による漏洩分布を示したものである。同図の破線１０４ｄは、Ｘ線源１０３が最大出力時の漏洩分布図を図示したものである。
【００１４】
破線１０４ｄは、管理すべき所定の漏洩Ｘ線の強度が同一となる空間位置を示し、３次元ｘ、ｙ、ｚ方向に対して表示される。
【００１５】
このＸ線厚さ測定装置を鉄鋼の圧延ライン等に設置して、圧延される被測定対象物１０２の厚さｔを測定する応用例が多数知られている。例えば、冷間圧延ラインにおける圧延機の間に設置される場合の例がある（例えば、特許文献１参照。）。
【００１６】
このような小空間に設置される場合にも、Ｘ線厚さ測定装置を使用する場合には漏洩分布を測定し、法令に基づく管理区域を設定し、Ｘ線の照射中は作業者が管理区域内に立ち入らないようにしておく必要がある。また、このような小空間において、粉塵や熱等が有る悪環境におかれる場合の信頼性向上の技術も知られている（例えば、特許文献２参照。）。
【００１７】
【特許文献１】
特公昭６３−５２９６４号公報
【００１８】
【特許文献２】
実公平４−２９３６５号公報
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
近年、設備の統廃合などの機会が増え、Ｘ線厚さ測定装置の移設の要求が増えている。この場合、使用中のＸ線厚さ測定装置も移設される設置場所において、防護基準を満たす必要がある。さらに、防護基準の改定があれば、この改定された防護基準を満たす管理区域を設定し直す必要がある。
【００２０】
従来は、こうした移設や防護基準の変更があると、移設場所において防護壁を追加したり、防護基準に対応できる様に管理区域を大きく変更したりする必要があった。
【００２１】
このように、Ｘ線厚さ測定装置の設置後に、設置場所の設備の変更、被測定対象物の測定範囲の変更等が発生した場合、管理区域の設定を変更する必要が発生し、防護壁の追加や、管理区域の大きさの変更が発生する。
【００２２】
しかしながら、従来の測定装置は、このような設置条件の変更があった場合、法令に適合する防護基準を満足する設備の変更を容易に行えるものが知られていなかった。
【００２３】
本発明は上記問題点を解決するためになされたもので、被測定対象物の変更、装置の設置場所の変更、さらには、防護基準の変更等があった場合においても、防護壁の増設や、管理区域の変更を容易に行うことが可能なＸ線厚さ測定装置を提供することを目的とする。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明のＸ線厚さ測定装置は、被測定対象物を挟んで離間して対向配置され、前記被測定対象物にＸ線を照射する照射口を備えるＸ線源と、前記被測定対象物を透過した透過Ｘ線を検出する検出器と、前記Ｘ線源と前記検出器との間にあって、厚さ校正時の厚さ基準となる基準板を設定する基準板設定部とを備える検出部と、前記Ｘ線源のＸ線管の管電圧を制御する定電圧回路と、前記Ｘ線源のＸ線管の管電流を制御する定電流回路とを備えるＸ線制御部と、前記厚さ基準板を設定位置に駆動する基準板駆動部と、前記検出器の出力信号から前記被測定対象物の厚さを演算する演算部と、前記照射口から照射された前記Ｘ線が前記検出部の周囲に散乱する散乱Ｘ線の漏洩線量を制御する管電流設定部とを備える制御部とから成り、前記管電流設定部は、前記管電流と前記Ｘ線源の照射口を原点とする漏洩分布とを、予め対応付けした管電流設定テーブルを備えるメモリと、前記照射口を原点とする所定の漏洩線量となる位置を管理区域として設定する入力部と、前記入力部で設定された前記位置に基づき、前記管電流設定テーブルを参照して、対応する前記管電流を求め、求めた該管電流の値を前記Ｘ線制御部に設定する管電流演算回路とから成り、前記管理区域の変更があった場合、前記管電流を制御することで所定の前記漏洩線量となるようにしたことを特徴とする。
【００２５】
したがって、本発明によれば、管電流設定手段により容易に漏洩Ｘ線を制御、設定できるので、Ｘ線厚さ測定装置の設置場所の変更や、防護基準の変更等が合った場合においても、防護壁の増設や、管理区域の変更が容易に行えるＸ線厚さ測定装置を提供することができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による実施の形態について図１乃至図７を参照して説明する。図１は、本は本発明のＸ線厚さ測定装置に係わる実施の形態の構成を示すブロック図である。
【００２７】
同図において、Ｘ線厚さ測定装置は、被測定対象物２からの透過Ｘ線を検出する検出部１と検出された透過Ｘ線の検出信号から被測定対象物２の厚さｔを演算する制御部１０とから構成される。
【００２８】
検出部１は、被測定対象物２を挟み、Ｃ型フレーム１００の腕の一方の下部に配置され、Ｘ線を照射するＸ線源３と、他方の上部に配置され、Ｘ線源３からの照射Ｘ線４が被測定対象物２を透過したＸ線を検出する検出器６と、検出器６によって検出された透過Ｘ線の信号を増幅する前置増幅器７及び校正時に厚さ基準となる基準板を照射Ｘ線４の光路上に設定する基準板設定部５とから構成される。
【００２９】
また、制御部１０は、前置増幅器７の検出信号から被測定対象物２の厚さｔを求める演算部１１と、校正時に基準板設定部５を駆動する基準板駆動部１２と、詳細を後述するＸ線源３から照射される照射Ｘ線強度が一定になるようにＸ線管の管電圧と管電流を安定化するＸ線制御部１３及び照射Ｘ線４からの散乱Ｘ線によってこの検出部１の周囲に漏洩される散乱Ｘ線を制御するための詳細を後述する管電流設定部１４とから構成される。
【００３０】
通常、Ｘ線厚さ測定装置は、少なくとも２種類の運転モードを備えている。一つは、被測定対象物２の厚さを測定する測定モード、もう一つはＸ線厚さ測定装置の厚さ測定精度を校正する校正モードである。校正モードは、被測定対象物２が存在しないアイドル時間を使用して行われる。
【００３１】
この装置は、透過Ｘ線を直接計測する測定であるので、高精度の厚さ計測のためには、照射Ｘ線４及び検出部１の各構成要素の温度ドリフトを抑える必要があるので、精度を維持するための校正は頻繁に且つ短時間のインターバルで行われる。
【００３２】
これらの制御は、演算部１１内に内蔵される図示しない演算ＣＰＵとこの装置の制御プログラムによって、検出部１及び制御部１０の上述した校正要素各部を制御して行われる。
【００３３】
次に、Ｘ線厚さ測定装置の照射Ｘ線４の設定と散乱Ｘ線の漏洩分布の制御について、例えば、鉄鋼圧延ラインにおける鋼材の厚さ測定に使用される場合について説明する。図２は照射Ｘ線４を設定制御する構成を示す。
【００３４】
同図において、Ｘ線源３は、Ｘ線管球３ａと照射口４ａにおいて照射Ｘ線４のビーム径を決めるコリメータ３ｂ及びこれらを固定配置するケース３ｃとから構成される。このＸ線管３ａの陽極３ａ１には、定電圧回路１３ｂから所定の管電圧ｅが高圧ケーブルを介して印加され、またカソード３ａ２には、定電流回路１３ａから所定の定電流ｉが印加されるように接続されている。
【００３５】
また、この定電流回路１３ａと、定電圧回路１３ｂには演算部１１が接続され、被測定対象物２の厚さｔの測定範囲により、所定の管電圧ｅ、管電流ｉが予め設定される。さらに、定電流回路１３ａには、管電流設定部１４が接続され、検出部１周囲の所定の位置における散乱Ｘ線の量を制御するように設定される。
【００３６】
次に、この照射Ｘ線４の設定について説明する。被測定対象物２の厚さｔと材質が決まると、所定の透過Ｘ線の強度が得られるようなＸ線源３からの照射Ｘ線４の強度とビーム径が設定される。
【００３７】
Ｘ線強度Ｉxは、一般的にＸ線管３ａに印加される管電圧ｅと管電流ｉによって決まり、下記の関係式が知られている。ここでｋは比定数とする。
【００３８】
Ｉｘ＝ｋ・ｉ・ｅ２ ・・・ （３）
例えば、被測定対象物２が１０ｍｍ程度以下の鋼板である場合、所定の検出信号を得るためにＸ線管３ａとしては、定格管電圧が１００ｋｖ、定格管電流が２ｍＡ程度のものが選択される。
【００３９】
このＸ線管３ａから照射される連続Ｘ線のエネルギー分布特性と波長分布特性の例を、夫々図３と図４に示す。図３、図４においてＥ１、Ｅ２、Ｅ３は夫々管電圧ｅが、６０ｋｖ、８０ｋｖ、１００ｋｖの時の特性を示し、図３に示す様に管電圧Ｅを大きくすると電離する光量子(Photon)数も増し、総エネルギーも増える。また、波長分布特性は、管電圧が高くなると短波長成分が増える。
【００４０】
このような連続Ｘ線強度Ｉｘの特性から、図５に示す様に、所定の検出信号が得られるように、被測定対象物２の厚さ測定範囲によってＸ線管３ａの管電圧ｅを変え、透過Ｘ線が減少する被測定対象物２の厚さｔの厚いほうでは、管電圧を高く設定して使用される。
【００４１】
照射Ｘ線４のＸ線強度Ｉｘが、所定の値に設定されると、次に、検出部１の周囲における散乱Ｘ線の漏洩分布図の作成と管電流設定テーブルの作成が行われる。この漏洩分布の測定と管電流設定テーブルの作成について図６乃至図７を参照して説明する。
【００４２】
先ず、図６を参照してＸ線厚さ測定装置の散乱Ｘ線の漏洩分布の測定について説明する。同図（ａ）はＸ線厚さ測定装置の漏洩分布の平面図、同図（ｂ）はその正面図である。
【００４３】
被測定対象物２を挟むＣ型フレーム１００の腕の下部にはＸ線源３が配置され、ここから照射される照射Ｘ線４が被測定対象物２の下部に照射され、被測定対象物２を透過した透過Ｘ線４ｔがＣフレーム上部腕部に配置された検出器６に入射する。
【００４４】
このとき、照射Ｘ線４は被測定対象物２内で吸収されると同時に、一部は散乱Ｘ線として輻射され、検出部１の周囲に分布する。このＸ線の強度分布をサーベイメータ等で測定したものが漏洩分布図である。
【００４５】
４ｄ１、４ｄ２は照射Ｘ線４の照射口４ａのＰｅ点を起点とする漏洩分布図で、同じ管電圧において、管電流ｉをｉｄ１（ｍＡ）からｉｄ２（ｍＡ）に減少変更し、所定の同一の吸収線量Ｓｍ（μＳ：マイクロシーベルト）となる位置をプロットしたものである。なお、漏洩分布測定の単位は、管理区域設定のため吸収線量（μＳ：マイクロシーベルト）としている。
【００４６】
同図に示す様に、同じ管電圧ｅにおいて管電流ｉをｉｄ１からｉｄ２減少させた場合には、その漏洩分布の形状は、ほぼ相似形に変化することを示す。
【００４７】
即ち、図３、図４で説明したように管電圧ｅを変えると、照射Ｘ線４のエネルギー分布と波長分布が変るため、散乱Ｘ線の分布形状は大きく変化するが、管電圧ｅが同じであれば、式（３）に示したように、照射Ｘ線４の強度は、管電流ｉに比例し、散乱Ｘ線の強度のみが変化する。
【００４８】
この漏洩分布図は、Ｘ線厚さ測定装置に固有の特性であるため、装置の最大管電圧、最大電流の使用範囲において予め測定し、この漏洩分布図を管電流設定テーブルとして管電流設定部１４に格納しておく。
【００４９】
次に、再び図１、図７を参照して管電流設定テーブルの作成方法について説明する。管電流設定テーブルは、管電流設定部１４で作成される。図１において、管電流設定部１４は、管電流設定値を入力する入力部１４ａ、管電流設定テーブルを記憶するメモリ１４ｂ、及び管電流設定部１４と演算部１１及びＸ線制御部１３とのインタフェースを行う管電流演算回路１４ｃとから構成される。
【００５０】
図７は、管電流設定テーブルの作成方法を説明する図である。同図において、ｘ、ｙ、ｚは図６に示したｘ、ｙ、ｚと同じく、検出部１の照射Ｘ線４の照射口４ａのＰｅ点を座標の原点とする漏洩分布を示している。
【００５１】
４ｄは、最大管電圧Ｅｍにおいて、管電流ｉｐが最大管電流Ｉｐｍ時及び最大管電流のα％とするＩｐｎ時の、夫々について所定の吸収線量となる漏洩分布を３次元空間において表示したものである。このように、制御する管電圧と管電流の範囲において、予め漏洩分布の形状を確認しておくことが望ましい。
【００５２】
このような３次元漏洩分布図を予め測定し、プロットしたデータを使用する所定の管電圧毎にメモリ１４ｂに格納しておく。このようにして作られる管電流設定テーブルは、次のように使用される。
【００５３】
同図において、このＸ線厚さ測定装置の管理区域をＰｍ点から照射口４ａのＰｅ点を結ぶ直線状にあるＰｘ点に変更する場合、Ｐｘ点において同一の吸収線量（μＳ）とするためには、管電流ｉｐをＩｐｍからＩｐｘに変更すれば良い。このときＰｘ点において所定の吸収線量（μＳ）にする管電流Ｉｐｘは、照射口４ａのＰｅ点からＰｍ点までの距離をｌｍ、照射口４ａのＰｅ点からＰｘ点までの距離をｌｘとすると、下記式で表される。
【００５４】
Ｉｐｘ＝Ｉｐｍ・（ｌｘ／ｌｍ）２ ・・・ （４）
したがって、所定の位置Ｐｘ点における吸収線量（μＳ）は、（４）式によって求めたＩｐｘに変更することによって可能となる。
【００５５】
また、Ｐｘ点での吸収線量を当初設定されていたＳｍ（μＳ）からＳｘ（μＳ）に変更する場合の管電流Ｉｐｓの設定は、
Ｉｐｘ＝Ｉｐｍ・Ｓｘ／Ｓｍ ・・・ （５）
で表されるので、所定の位置において管理する漏洩線量（μＳ）を変更する場合は、（５）式によって求めた管電流Ｉｐｘに変更することによって可能となる。
【００５６】
即ち、管理区域の変更が生じた場合にはその位置までの距離ｌｘを、管理する吸収線量（μＳ）の変更が発生した場合には、吸収線量Ｓｘを入力部１４ａで設定し、管電流演算回路１４ｃにおいて（４）式、（５）式により相当する管電流を演算によって求める。そして、この値を管電流演算回路１４ｃから定電流回路１３ａに設定することによって変更が可能となる。
【００５７】
次に、このように漏洩分布の測定と管電流設定テーブルが作成されたＸ線厚さ測定装置の動作について説明する。この装置は通常２つの運転モード、測定もードと校正モードがあることを説明したが、管電流の変更を行うための管電流設定モードを追加することが望ましい。
【００５８】
そして、管電流の変更を行う場合には、管電流設定モードを演算部１１から指令して管電流演算回路１４ｃに入力する。
【００５９】
管電流演算回路１４ｃは、設定された距離ｌｘや、吸収線量Ｓｘから管電流設定テーブルに格納された（４）式、（５）式に示す演算パラメータを抽出して、演算された管電流を定電流回路１３ａに入力する。
【００６０】
管電流設定モードの処理が完了すると、演算部１１は、校正モードの処理を行う。この処理は変更された管電流において、基準板を設定して厚さ測定の校正と、この時の検出信号に含まれる雑音成分を演算部１１で処理し、図示しない演算部１１の表示部に出力する。
【００６１】
基準板の設定は、演算部１１から基準板駆動部１２に基準板設定を指示し、基準板駆動部１２から基準板設定部５に内蔵された基準板の設定を指示し、所定の校正処理を行う。
【００６２】
以上が完了すると、演算部１１は測定モードに入る。被測定対象物２の厚さ測定範囲に基づき、照射Ｘ線４のＸ線強度Ｉ０を演算部１３からＸ線制御部１３を介して設定する。そして、被測定対象物２が検出部１に挿通されると、その透過Ｘ線Ｉが検出される。演算部１１では、この透過Ｘ線Ｉから前述した式（２）に基づく厚さ演算を行い被測対象物２の厚さを求める。
【００６３】
このように、予め漏洩分布を測定し、管電流設定テーブルを作成しておくことにより、防護基準の変更や管理区域の変更が発生した場合においても、新たな防護壁の製作や、設置される設備環境の変更を行うことなく装置の使用が可能となる。
【００６４】
また、変更後には検出信号の雑音をモニタするようにしているので，所定の測定精度で厚さ測定が可能なことを確認できる。
【００６５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、Ｘ線源の管電流を設定、制御する漏管電流設定手段を備えたので、管理区域、漏洩線量の変更を容易に設定できるＸ線厚さ測定装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態による構成を示す図。
【図２】 Ｘ線源とＸ線源を制御するＸ線制御部の構成を示す図。
【図３】 Ｘ線源のエネルギー分布の説明図。
【図４】 Ｘ線源の波長分布の説明図。
【図５】 被測定対象物の厚さによって管電圧を切替えることを説明する図。
【図６】 Ｘ線厚さ測定装置の漏洩線量分布を説明する図。
【図７】 Ｘ線源の管電流設定テーブルを説明する図。
【図８】 従来のＸ線厚さ測定装置の説明図。
【図９】 従来のＸ線厚さ測定装置の漏洩分布の説明図。
【符号の説明】
１ 検出部
２ 被測定対象物
３ Ｘ線源
３ａ Ｘ線管
３ａ１ アノード
３ａ２ カソード
４ 照射Ｘ線
４ｔ 透過Ｘ線
４ｄ、４ｄ１、４ｄ２ 漏洩分布
５ 基準板設定部
６ 検出器
７ 前置増幅器
１０ 制御部
１１ 演算部
１２ 基準板駆動部
１３ Ｘ線制御部
１３ａ 定電流回路
１３ｂ 低電圧回路
１４ 管電流設定部
１４ａ 入力部
１４ｂ メモリ
１４ｃ 管電流演算回路
１０１ 検出部
１０２ 被測定対象物
１０３ Ｘ線源
１０４ 照射Ｘ線
１０４ｔ 透過Ｘ線
１０４ｄ 漏洩分布
１０５ 基準板設定部
１０６ 検出器
１０７ 前置増幅器
１１０ 制御部
１１１ 演算部
１１２ 基準板駆動部
１１３ Ｘ線制御部
Claims (1)
- 被測定対象物を挟んで離間して対向配置され、前記被測定対象物にＸ線を照射する照射口を備えるＸ線源と、前記被測定対象物を透過した透過Ｘ線を検出する検出器と、前記Ｘ線源と前記検出器との間にあって、厚さ校正時の厚さ基準となる基準板を設定する基準板設定部とを備える検出部と、
前記Ｘ線源のＸ線管の管電圧を制御する定電圧回路と、前記Ｘ線源のＸ線管の管電流を制御する定電流回路とを備えるＸ線制御部と、前記厚さ基準板を設定位置に駆動する基準板駆動部と、前記検出器の出力信号から前記被測定対象物の厚さを演算する演算部と、前記照射口から照射された前記Ｘ線が前記検出部の周囲に散乱する散乱Ｘ線の漏洩線量を制御する管電流設定部とを備える制御部と
から成り、
前記管電流設定部は、前記管電流と前記Ｘ線源の照射口を原点とする漏洩分布とを、予め対応付けした管電流設定テーブルを備えるメモリと、前記照射口を原点とする所定の漏洩線量となる位置を管理区域として設定する入力部と、前記入力部で設定された前記位置に基づき、前記管電流設定テーブルを参照して、対応する前記管電流を求め、求めた該管電流の値を前記Ｘ線制御部に設定する管電流演算回路とから成り、
前記管理区域の変更があった場合、前記管電流を制御することで所定の前記漏洩線量となるようにしたことを特徴とするＸ線厚さ測定装置。
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